Sensitivity analysis of SWAT model parameters applied in a sub-basin of Northeast Region, Brazil

Abstract

O modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT) tem sido amplamente utilizado como ferramenta de simulação hidrometeorológica e de qualidade da água, sendo que o mesmo é extremamente sensível a diversos parâmetros. Assim, é importante definir os mais influentes e mais relevantes sobre o modelo, para reduzir as incertezas e melhorar os resultados gerados. O objetivo deste trabalho consiste em avaliar os parâmetros do modelo SWAT aplicado a uma sub bacia do Rio Mundaú. Foram selecionados 19 parâmetros relacionados aos processos de escoamento, solo, cultura, evapotranspiração e percolação e realizadas análises de sensibilidade global e local. De acordo com a análise global, os quatro parâmetros mais sensíveis do SWAT foram: a curva-número (CN) - CN2.mgt, o coeficiente de percolação - RCHRG_DP.gw, a profundidade do solo SOL_Z.sol e o coeficiente de Manning - OV_N.hru, com valores de t-stat de 4,28; 3,38; 2,44; 2,35; e p-value de 0,0004; 0,003; 0,02; 0,03, respectivamente. A partir da análise local, pode-se identificar os parâmetros mais sensíveis como sendo o CN2.mgt, o tempo para a recarga do aquífero - GW_DELAY.gw, o coeficiente de Manning - CH_N2.rte e o fator de compensação do consumo de água pelas plantas - EPCO.hru. Os parâmetros mais sensíveis para a sub-bacia do rio Mundaú foram aqueles relacionados com o escoamento superficial, fluxos subterrâneos, parâmetros do solo e culturas. A partir da análise de sensibilidade, estudos futuros podem ser realizados com o objetivo de calibrar e validar o modelo SWAT para a sub-bacia estudada e então proceder a simulação de cenários diversos.     A B S T R A C T The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model has been widely used as hydrometeorological and water quality simulation tool, and it is extremely sensitive to the various parameters. Thus, it is important to define the most influential and most relevant on the model, to reduce uncertainties and improve the generated results. The aim of this study is to evaluate the parameters of the SWAT model applied to a sub-basin of the Mundaú River. Nineteen parameters were selected related to flow processes, soil, culture, evapotranspiration and percolation and performed global and local sensitivity analyzes. According to the global analysis, the four most sensitive parameters of SWAT were: the curve-number (CN) - CN2.mgt, the percolation coefficient - RCHRG_DP.gw, the soil depth - SOL_Z.sol and Manning coefficient - OV_N.hru, with t-stat values of 4.28; 3.38; 2.44; 2.35 and p-value of 0.0004; 0.003; 0.02; 0.03, respectively. From the local analysis, the most sensitive parameters were identified as the CN2.mgt, the time for aquifer recharging - GW_DELAY.gw, Manning coefficient - CH_N2.rte and compensation factor and water consumption by plants - EPCO.hru. The most sensitive parameters of the SWAT model for the sub-basin of the Mundaú river were those related to surface runoff, groundwater flow, soil parameters and cultures. From the sensitivity analysis, future studies can be performed in order to calibrate and validate the SWAT model for the studied sub-basin and then proceed to simulate various scenarios . Keywords: hydrologic modeling, water resources, SWATCUP.